淺談西門子DDC控制器在數(shù)據(jù)中心冷源群控中的應(yīng)用

孫殿康 南京名門樓宇設(shè)備有限公司 江蘇南京 210046

1、概述

“綠色機(jī)房”已成為當(dāng)今IDC 的時(shí)代主題，它包括減少一開(kāi)始使用的能源和材料、提高樓宇的使用效率、延長(zhǎng)樓宇的使用壽命、減少配件的更換和浪費(fèi)等一系列行動(dòng)。IDC 在全球的增長(zhǎng)已令企業(yè)開(kāi)始關(guān)注數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸和處理過(guò)程中所用資源的效率和生產(chǎn)率。

具有代表性的數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，基本上都采用了相同的模式架構(gòu)：冷水機(jī)組、換冷板換、冷凍冷卻水泵、冷卻塔、蓄冷罐等等。

2、項(xiàng)目制冷系統(tǒng)介紹

數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目制冷系統(tǒng)包括離心式制冷主機(jī)、變頻冷凍水泵、變頻冷卻水泵、冷卻塔、制冷板換。項(xiàng)目要求整個(gè)冷源系統(tǒng)一年四季持續(xù)無(wú)波動(dòng)運(yùn)行，因此制冷主機(jī)和冷卻塔是整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行核心也是安全和節(jié)能的核心，只有按需啟動(dòng)，才能體現(xiàn)控制精準(zhǔn)與綠色節(jié)能并重的控制理念。變頻水泵和制冷板換在一定的條件下，也能為整個(gè)數(shù)據(jù)中心節(jié)省相當(dāng)大的一部分能源。以下我們著重分析一下，采用SIEMENS APOGEE樓宇自控系統(tǒng)之后， 整個(gè)冷源機(jī)房的控制方法及其特點(diǎn)：

大型數(shù)據(jù)中心通常含有4 臺(tái)及以上制冷主機(jī)，系統(tǒng)通常分一用一備冗余系統(tǒng)，設(shè)計(jì)換冷板換，冬天室外低溫可以完全替代冷水主機(jī)供冷，或者和主機(jī)同時(shí)運(yùn)行。

冷凍站的操作可以全部由SIEMENS AOPGEE 系統(tǒng)自動(dòng)控制，通過(guò)運(yùn)行穩(wěn)定可靠的現(xiàn)場(chǎng)控制器PXC MODULAR 控制冷凍站的所有設(shè)備，控制方法可選全自動(dòng)運(yùn)行/遠(yuǎn)程手動(dòng)/本地手動(dòng)3 種方式任選。僅僅需要通過(guò)SIEMENS AOPGEE 系統(tǒng)的圖形界面，簡(jiǎn)單的用鼠標(biāo)或者鍵盤設(shè)備進(jìn)行三種模式的操作。

3、控制難點(diǎn)及解決方案

3.1 變頻水泵的自動(dòng)控制

系統(tǒng)設(shè)計(jì)是根據(jù)變頻水泵的管道壓力來(lái)對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。但如果使用常規(guī)的PID 條調(diào)節(jié)方式，會(huì)出現(xiàn)頻率不溫度，頻率震蕩幅度偏大，影響系統(tǒng)穩(wěn)定。SIEMENS APOGEE 系統(tǒng)的每臺(tái)DDC 控制器均內(nèi)置了無(wú)模型自適應(yīng)工業(yè)級(jí)的控制方式，能保存，測(cè)量和分析歷史誤差數(shù)據(jù)，自動(dòng)學(xué)習(xí)控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，從而給出當(dāng)前控制回路的最佳值，減少被控系統(tǒng)的震蕩和偏差，提高控制精度，節(jié)約能耗。

3.2 狀態(tài)保持

因?yàn)槔鋬稣局猩婕暗胶芏嗟碾妱?dòng)切換閥，當(dāng)DDC 控制器斷電重啟后需要恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)、或者人為設(shè)定一個(gè)狀態(tài)，西門子DDC 都可以完美實(shí)現(xiàn)。

4、系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇

數(shù)據(jù)中心的冷源機(jī)房群控系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)階段，最大的對(duì)手不是別的品牌的DDC，而是西門子工業(yè)級(jí)的PLC。從實(shí)際項(xiàng)目中可以發(fā)現(xiàn)，在諸如數(shù)字和模擬量的采集，邏輯和順序控制，簡(jiǎn)答的PI 調(diào)節(jié)等功能上，PLC 和DDC 異曲同工。不過(guò)PLC 面向的主要是工業(yè)領(lǐng)域，工藝對(duì)象紛繁的控制需求以及現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的環(huán)境導(dǎo)致PLC 的發(fā)展追求通用性強(qiáng)，安全和防護(hù)要求高以及可以實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)功能。

從硬件系統(tǒng)來(lái)看，對(duì)于開(kāi)關(guān)量信號(hào)的采集，S7-200CN 和 DDC 一樣，都能滿足。對(duì)于 模擬量信號(hào)，S7-200CN 通過(guò)外接模擬量模板后，可以采集標(biāo)準(zhǔn)的電壓、電流信號(hào)，熱電 阻和熱電偶信號(hào)，但是對(duì)于溫濕度、露點(diǎn)這樣的暖通特征信號(hào)，就需要通過(guò)二次儀表進(jìn)行 轉(zhuǎn)換，在這一點(diǎn)上，DDC 比 S7-200CN，有更多和更適合暖通特征信號(hào)的選擇。而作為像變 頻器這樣通過(guò)總線傳遞信號(hào)的產(chǎn)品，S7-200CN 和 DDC 都可以有為數(shù)不少的適合自己總線 類型的產(chǎn)品選擇。

在人機(jī)界面上，S7-200CN 既可以連接到 7"或是 10"的工業(yè)觸摸屏上， 也可以接在裝有 Win CC 系統(tǒng)的操作終端，同樣對(duì)于 DDC 產(chǎn)品，也能連上裝有自己上位機(jī) 系統(tǒng)的終端上，但是，觸摸屏的使用，目前在暖通空調(diào)的相關(guān) DDC 控制系統(tǒng)上，并不多見(jiàn)。

從軟件功能上看，對(duì)于常規(guī)的邏輯和順序控制，對(duì)于浮點(diǎn)運(yùn)算和計(jì)時(shí)、延時(shí)、定時(shí)， 兩類控制器都各自的方法加以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于回路控制，S7-200CN 只能對(duì)不超過(guò) 8 路的 PID 進(jìn)行單回路處理，并且 PID 參數(shù)需要靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，而 DDC 中的 Apogee 不僅可以進(jìn)行單回路處理，還具備對(duì)多回路復(fù)雜 PID 進(jìn)行處理的能力，另外，Apogee 控 制器還提供 PID 整定工具。在類似于飽和壓力和飽和溫度處理、自適應(yīng)控制、負(fù)荷循環(huán)控 制、水力平衡控制、自身時(shí)間管理等暖通專業(yè)的功能上，PLC 產(chǎn)品沒(méi)有任何預(yù)置或標(biāo)準(zhǔn)程 序可以選用，完全要靠工程師實(shí)際編程，而 DDC 都有相關(guān)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)程序的預(yù)置或選用。

通過(guò)前面對(duì) PLC 和 DDC 的比較，我們還是可以看到，以西門子工業(yè)集團(tuán)的 S7-200CN 為代表的 PLC，雖然在很多性能和功能上，可以 實(shí)現(xiàn)對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)以及房間控制系統(tǒng)的一些控制，但卻無(wú)法真正滿足樓控領(lǐng)域?qū)ㄖ?jié)能、環(huán)境舒適以及樓宇應(yīng)具備更高智能化、個(gè)性化的要求。DDC 的優(yōu)勢(shì)在于，它具備了給客戶提供供滿足上面各種要求的軟、硬件控制的能力。但是，DDC 最終能否把這些優(yōu)勢(shì)展現(xiàn) 出來(lái)，最為關(guān)鍵的還是取決于我們從事樓宇控制專業(yè)的同事們，能否讓用戶看到這些更為專業(yè)和復(fù)雜的控制，帶給他們的價(jià)值，以及我們這些人，除了產(chǎn)品本身之外，還能留給合作伙伴和最終用戶多少的信任。

對(duì)于大型數(shù)據(jù)中心，機(jī)電設(shè)備的功率密度大，對(duì)于工作環(huán)境的溫度，濕度要求提高，全自動(dòng)化的要求愈加迫切，以及能耗等問(wèn)題，都對(duì)制冷站群控系統(tǒng)提出了全新的挑戰(zhàn)。

SIEMENS APOGEE 系統(tǒng)以其優(yōu)異的性能表現(xiàn)出強(qiáng)大的穩(wěn)定性，可靠性，先進(jìn)性，卓越性，最大限度的提升操作人員的舒適感和安全性，同時(shí)盡量降低能耗，最終幫助IDC 數(shù)據(jù)中心降低能耗，實(shí)現(xiàn)高效能的“綠色數(shù)據(jù)中心”。